Картирование трехмерного положения галактик на основе данных DESI (т.е. включая расстояния до галактик, определенные с помощью спектроскопического измерения красного смещения). Фото предоставлено: DESI
Команда из Университета Людвига-Максимилиана (LMU) разработала модель, которая предоставляет информацию о том, что цвет галактики говорит о ее расстоянии, и которую можно использовать для измерения космических структур.
Нашей Вселенной около 13,8 миллиардов лет. За этот огромный период времени мельчайшие первоначальные асимметрии превратились в крупномасштабные структуры, которые мы видим в ночном небе через наши телескопы: галактики, подобные нашему Млечному Пути, скопления галактик и даже более крупные скопления материи или нитей газа. и пыль.
Насколько быстро произойдет этот рост, зависит, по крайней мере в сегодняшней Вселенной, от своего рода борьбы между силами природы: сможет ли темная материя, которая удерживает все вместе посредством своей гравитации и притягивает еще больше материи, выстоять против темной энергии, движущей Вселенная все дальше и дальше друг от друга водит?
«Если мы сможем точно измерить структуры на небе, мы сможем наблюдать эту борьбу», — говорит астрофизик LMU Даниэль Грюн.
Именно здесь в игру вступают проекты телескопических наблюдений, которые захватывают большие участки неба с помощью высокоточных изображений. Примеры этого включают исследование темной энергии с помощью телескопа Бланко в Чили или недавно введенный в эксплуатацию спутник «Евклид». Ученые ЛМУ уже много лет участвуют в обоих проектах, в том числе на руководящих должностях.
Самый большой набор данных, оцененный на сегодняшний день
Хотя точно определить расстояние от нас отдельных структур и галактик не всегда легко, это имеет решающее значение. Чем дальше находится галактика, тем дольше ее свету приходится добираться до нас. Таким образом, снимок Вселенной, созданный в результате их наблюдений, старше. Важным источником информации является наблюдаемый цвет галактики, измеренный наземными телескопами, такими как Бланко, или спутниками, такими как Евклид.
Новое исследование группы под руководством Джейми Маккалоу и Дэниела Грюн, опубликованное в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», проанализировало самый большой набор данных на сегодняшний день и проливает свет на вопрос о том, о чем на самом деле говорит цвет различных галактик. истинное расстояние.
В принципе, расстояние до галактики можно точно определить с помощью спектроскопии. Это включает в себя измерение спектральных линий далеких галактик. Поскольку Вселенная в целом расширяется, чем дальше от нас находится галактика, тем длиннее кажутся ее длины волн. Это происходит потому, что световые волны от далеких галактик протягиваются в долгий путь к нам.
Этот эффект, называемый красным смещением, также меняет видимые цвета, которые измеряют инструменты на изображении галактики. Они кажутся краснее, чем есть на самом деле. Это похоже на эффект Доплера, который мы слышим в кажущемся звуке сирены скорой помощи, когда она проходит мимо нас и удаляется.
Нет двух одинаковых галактик
Джейми Маккалоу — аспирант LMU и Стэнфордского университета. Для своего анализа она использовала спектроскопические измерения с помощью Спектроскопического инструмента темной энергии (DESI) в сочетании с самым большим на сегодняшний день набором данных для точного измерения цветов галактик (KiDS-VIKING).
В частности, авторы объединили данные спектроскопии DESI по 230 000 галактик с цветами этих галактик в обзоре KiDS-VIKING и использовали эту информацию для определения взаимосвязи между расстоянием галактики от нас и ее наблюдаемым цветом и яркостью. Во Вселенной нет двух одинаковых галактик, но для каждого класса подобных галактик существует определенная связь между наблюдаемым цветом и красным смещением.
«Если мы сможем объединить информацию о расстоянии с измерениями формы галактик, мы сможем вывести крупномасштабные структуры на основе искажений света», — говорит Джейми Маккалоу.
Результаты исследования позволяют статистически определить фактическое расстояние до каждой галактики, наблюдаемой на изображениях Euclid или Dark Energy Survey.
Анализируя наблюдаемые искажения изображений галактик, ученые смогут узнать и лучше понять поведение космических структур сегодня и миллиарды лет назад. Это позволит лучше понять историю эволюции Вселенной.
Чтобы наблюдать ход структурообразования во времени, не обязательно ждать миллиарды лет; достаточно измерить конструкцию на разных расстояниях от Земли. С одними только изображениями это практически невозможно, потому что нельзя определить расстояние до нашей, основываясь только на внешнем виде галактики на изображении.
Исследование Джейми Маккалоу дает ключ к решению этой проблемы, предоставляя модель того, что видимый «цвет» галактики говорит нам о ее расстоянии от нас.
Посмотрите, как темная материя и темная энергия борются друг с другом
Основная цель этого точного наблюдения и распределения галактик на разных расстояниях — получить представление о великой борьбе между природными силами темной материи и темной энергии.
«Чтобы по-настоящему увидеть, что происходит, нужно иметь возможность наблюдать за отдельными раундами этой игры», — говорит Грюн. Потому что темная энергия находится на грани того, чтобы догнать и, возможно, вообще остановить образование более крупных скоплений массы во Вселенной.
«Только тогда мы поймем, что на самом деле представляют собой темная материя и темная энергия и какая из них в конечном итоге возобладает».
Информация от: Мюнхенским университетом Людвига-Максимилиана.
